JPH0325126A - 建設機械の法面作業制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、バケット、アーム及びブームを備えた建設機
械において、バケットの刃先移動軌跡を所定の目標傾斜
値に保持するようにした法而作業制御装置に関する． ［従来の技術コ ーａにｈ１１圧パワーショベルはブーム、アーム、バケ
ットおよびこれらを作動させる泊圧シリンダであるブー
ムシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダの各油
圧シリンダを備えていて、これら各油圧シリンダは運転
席に配備された３つの操作レバーにより各別に禄作され
る．この様な油圧パワーショベルにより地面の法面を直
線掘Ｍｌ｛する場合、バケットの先端位置は所定の一定
方向に移動するように保持することが要求される．した
がって、オペレータは直線掘削作業時において上記の２
つまたは３つの操作レバーを複合的かつ同時に操作して
バケット先端の移動軌跡が所望の平面上で直線になる上
うにしなければならない ところがこのように２つまた《よ３つの操作レバーを複
合的に操作して油圧パワーショベルのバケット刃先深さ
を手動制御する作業は、非常に熟練を必要とする．また
、精度よく掘削方向を制御しようとする場合は、時間を
要し、このため作業効率が大幅に損なわれることとなっ
ていた． そこで上記実情に鑑みてアーム用操作レバーのみを操作
するだけで自動的にバケット刃先深さを一定に制御せん
とする従来技術は種々提案火施されている。

いずれのｂｔ来技術もブーム、アームおよびバケットの
各回転角及びバケット刃先深さとのｒ５Ｊに一定の幾何
学的関係が成立することに着目し、かかる原理を利用し
てブーム、アームおよびバケットの各回転角を検出し、
これら検出した回転角から上記バケット刃先深さを演算
し、演算した刃先深さが一定になるように制御するもの
である。

例えば、特公昭５８−３６　１　３５号公報、ｒ掘削機
における掘削深さの制御方法１においては、バケット刃
先深さの現在値と同刃先深さの目標値との偏差をもとめ
、この偏差に応じた流量指令をブームシリンダに与える
ようにしている， ［発明が解決しようとする課題］ 従来においては、アーム用操作レバー１本を操作するだ
けでバケットの刃先深さが所望の目標値に自動設定され
るという所期の目的は確がに達成されるものの、多くの
制御方式は深さを一定に維持するものであって、油圧パ
ワーショベルの重要な作業の一つである法面を一定の角
度に仕上げるには問題があった． また、いずれにせ上バケット刃先位置の現在値と目標値
との比較に裁づく制御であることから油圧系の特性とあ
いまって自ずと次のような問題点が発生する． すなわち、油圧パワーショベルの作業機のレ１１圧制御
系は、負荷による｛ｆｌ性が大きく応答遅れが大きい。

また各シリンダに圧抽を供給する力１１圧操作弁の流Ｍ
特性が負荷に応じて変動する．従って、例えば従来の技
術にあっては、■　アーム用操作レバーを操作したとし
ても上記応答遅れによってすぐにはアームはレバーの操
作量に応じた速度では回動しない． こうした状況下でアームの回転角等に基づきブームシリ
ンダに流量指令を出力したとしても、ブームの流量指令
に対してアームが回動するまでに応答遅れがあるため該
流量指令に基づきアームが回動した時点では、すでに上
記アームはさらに凹動しているため、バケット刃先移動
軌跡は目標軌跡に一致しないことになる．■　また、バ
ケット刃先移動には現在位置と目標位置との偏差に応じ
た流量指令をブームシリンダに与えるようにしているが
、同一の流量指令（ブームシリンダ速度）をブームシリ
ンダに与えたとしても現在のアームの回転角およびブー
ムの四転角に応じて実際に発生するブームの回転角速度
４ｉ異なり、常に上記偏差を零にすることが出来るとは
限らない．このため、従来においては上記偏差を零にす
るための制御ゲインをアーム、ブームの回転角がいがな
る値であっても系が不安定とならない値に設定する必要
があるが，前期応答遅れのため比較的低い値にしか設定
できない．しかし、これはバケット刃先軌跡の桔度の制
御に影響を与えることとなっていた． 本発明はこうした実情に鑑みてなされたもので、ル１１
御の応答性の遅れを改善するとともにブームに正確な指
令を与えるようにして、バケツト刃先軌跡の＄１１御を
正確かつ安定して法面作業を行うことの出来る装置を提
供することをその目的としている。

［課題を解決するための手段および作用−」そこで、本
発明では、車体の一点に回動可変に取り付けられる第１
のアクチュエータにより回動制御されるブームと、この
ブームの先端に回動可能に取り付けられ第２のアクチュ
エータにより回動制御されるアームと、このアームの先
端に取り付けられ第３のアクチュエータにより回動制御
されるバケットとを有する建設機械において、 前記ブーム、アームおよびバケ・ノトの各回転角をそれ
ぞれ検出する回転角検出手段と、前記ブーム、アーム及
びバケットの各回転角をそれぞれ検出する回転角検出手
段と、前記アームを操作するアーム操作レバーの操作量
を検出する操作量検出手段と、前記アーム操作レバーの
操作量に応じて前記第２のアクチュエータをｆｆｉｌ１
御するアーム制御手段と、前記回転角検出手段の出力と
前記操作量検出手段によって検出した前記アーム操作レ
バーの操作量とに基づいて、前記バケット刃先位置移動
方向の水平方向対垂直方向の変化率を一定値にする前記
第１のアクチュエータの駆動指令値を作成する第１の駆
動指令値作成手段と、前記バケット刃先駆動方向を示す
作業基点を設定する第ｌの設定手段と、前記バケット刃
先位置移動方向の水平方向対垂直方向の変化率を設定す
る第２の設定手段と、前記第１の設定手段と前記第２の
設定手段から前記バケット刃先が通過すべき経路を演算
し出力する作業法面設定値作成手段と、前記回転角検出
手段の出力に基づいて前記バケットの刃先位置の現在値
を演算する現在値演算手段と、前記回転角検出手段の出
力に基づいて前記バケットの刃先位置の現在値を演算す
る現在値演算手段の出力値を記憶する記憶手段と、前記
バケットの刃先位置の現在値を演算する現在値演算手段
の出力値と前記記憶手段によって記憶された前記バケッ
トの刃先位置との差即ち該バケット刃先の水平移動距離
および垂直移動距離を演算する作業法面演算手段と、前
記作業法面指令値作成手段の設定目標値と前記バケット
刃先の作業法面演算手段の出力値とに基づいて前記設定
目標値と前記演算出力値との偏差を零にする前記第１の
アクチュエータの駆動指令値を作成する第２の駆動指令
値作成手段と、前記第１、第２の駆動指令値作成手段で
それぞれ作成された駆動指令値の和に応じて第ｌのアク
チュエータを駆動制御する手段とを備えるようにしてい
る．かかる構成によれば、次のような作用を奏する．ア
ーム制御手段は、アーム操作レバーの操作量に応じて第
２のアクチュエータを制御してアームを回動させる。

一方において、第１の駆動指令値作成手段は、上記操作
量に応じて変化するバケ・ソト刃先位置を零にするため
の第１のアクチュエータに対する駆動指令値を作成する
． また、第２の駆動指令値作成手段は、バケ・ｌト刃先位
置の設定目標値と現在値との偏差を零にするための第１
のアクチュエータに対する駆動指令値を作成する． 第１のアクチュエータは上記各駆動指令値の和に応じて
駆動制御される．結局、第１のアクチュエータは、単に
バケット刃先位置の偏差に応じた駆動指令値に応じて制
御されるのではなく、該駆動指令値に対して上記アーム
操作レバーの予測変化量を加味した駆動指令値を加えた
駆動指令値によって駆動されることになる．したがって
、上記アーム制御手段によってアームがたとえ応答遅れ
をもって回動されたとしても、上記第ｌのアクチュエー
タはこの応答遅れ分を見込んで駆動されるので、ブーム
は、上記偏差が零になるように回動することになる．又
本発明では車体の一点に回動可能に取り付けられたブー
ムシリンダにより回動されるブームと、このブームの先
端に回動可能に取り付けられアームシリンダにより回動
されるアームと、このアームの先端に取り付けられバケ
・１トシリンダにより回動されるバケットとを有する建
設機械において、前記ブーム、アームお上びバケットの
各回転角をそれぞれ検出する回転角検出手段と、前記ア
ームを操作するアーム操作レバーの操作量を検出する操
作量検出手段と、前記アーム操作レバーの操作量に応じ
た速度で前記アームシリンダを作動して前記アームを回
動するアーム制御手段と、前記アーム操作レバーの操作
量に応じた速度で前記アームシリンダを作動して前記ア
ームを回動するアーム制御手段と、前記操作量検出手段
で検出した前記アーム操作レバーの操作量に基づいて、
該操作量に対応する前記アームシリンダの速度を演算す
るアームシリンダ速度演算手段と、前記回転角検出手段
で検出した前記アームの回転角と前記アームシリンダ速
度演算手段で演算したアームシリンダの速度とに基づい
て、これらアームの回転角およびアームシリンダの速度
に対応する前記アームの回転角速度を演算するアーム回
転角速度演算手段と、前記回転角検出手段の出力値と前
記アームの回転角速度演算手段で演算した前記アームの
回転角速度とに基づいて、該アームの回転角速度に対応
する前記バケット刃先軌跡の水平方向対垂直方向の変化
率を一定にするための前記ブームの回転角速度を演算す
る第１のブーム回転角速度演算手段と、前記バケット刃
先駆動方向を示す作業基点を設定する第１の設定手段と
、前記バケット刃先位置移動方向の水平方向対垂直方向
の変化率を設定する第２の設定手段と、前記第１の設定
手段と前記第２の設定手段から前記バケット刃先が通過
すべき経路を演算し出力する作業法面設定値作成手段と
、前記回転角検出手段の出力値に基づいて前記バケット
刃先位置の現在値を演算する現在値演算手段の出力値を
記憶する手段と、前記バケットの刃先位置の現在値を演
算する現在値演算手段の出力値と前記記憶手段によって
演算出力され記憶された前記バケットの刃先位置との差
、即ち該バケット刃先の水平移動距離および垂直移動距
離を演算する作業法面演算手段と、前記作業法面指令値
作成手段の設定目標値と前記作業法面演算手段の出力と
に基づいて、前記設定目標値と前記演算出力との偏差を
零にするための前記ブームの回転角速度を演算する第２
のブーム回転角速度演算手段と、前記回転角検出手段で
検出した前記ブームの回転角と前記第１、第２のブーム
回転角速度演算手段でそれぞれ演算した前記ブームの回
転角速度とに基づいて、これらブームの回転角速度の和
および前記ブームの回転角に対応する前記ブームシリン
ダの速度を演算するブームシリンダ速度演算手段と、而
記ブームシリンダ速度演算手段で演算したブームシリン
ダの速度に応じて前記ブームシリンダを作動して前記ブ
ームを回動する手段と、を備えるようにしている． かかる横成によれば、前記椙戒と同様の作用を奏すると
ともに以下のような作用を奏する．すなわちこの発明で
は、アーム回動角速度はアームの回転角及びアームシリ
ンダの速度によって異なる値を取り得るという点、並び
にブーム回転角速度はブームの回転角およびブームシリ
ングの速度によって異なる〈ブームシリンダの速度はブ
ーム回転角速度およびブームの回転角によって異なる〉
値を取り得るという点に着目している． アーム回転角速度演算手段は、上記着目点に基づき、正
確なアーム回転角速度を演算し，第１のブーム回転角速
度演算手段は上記正確なアーム回転角速度に基づき正確
なブーム回転角速度を演算する． さらに，ブームシリンダ速度演算手段は、上記正確なブ
ーム回転角速度を加味したブーム回転角速度について、
上記着目点に基づいて正確なブームシリンダ速度を演算
する． こうして得られた正確なブームシリンダの速度に応じて
ブームシリンダが作動するので、前記ブームは精度良く
上記バケ・ノト刃先位置の偏差が零になるように回動さ
れることになる．［実施Ｍ］ 以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。

第１図は、本発明に係る法面作業制御装置の一実施例の
ブロック図を示し、第２図は実施例における各回路の演
算処理説明用グラフ図、第３図は実施例の全体構成を示
し、第４図は実施例に於ける油圧パワーショベルの作業
機の構成を示し、第５図は、第４に示す作業機の幾何学
的関係を示している． 第４図に示すごとく泊圧パワーショベルＰＳの作業機（
フロントアタッチメント）は、ブーム１、アーム２およ
びバケット３の各機構部を備え、それらの各回動支点０
，ＢおよびＣには、それらの回転角α、βおよびγ（第
５図参照）を検出するブーム角度検出器７、アーム角度
検出器８およびバケット角度検出器９がそれぞれ配設さ
れている．なお、これら各検出器７、８および９として
は、たとえばボテンシｊメー夕が使用される。

第５図においてＹ軸は支点Ｏを通過する垂直線、．Ｉ）
１は支点ＯおよびＢを結ぶ線分ＯＢの長さ、９２は支点
ＢおよびＣを結ぶ線分ＢＣの長さ、刃３は支点Ｃおよび
バケット先端点Ｄを結ぶ線分ＣＤの長さ、Ｌ２は支点Ｂ
およびバケット先端点Ｄを結ぶ線分ＢＤの長さく以下、
アーム刃先全長という〉である． この時上記回転角αはＹ軸に対する線分ＯＢの回転角、
上記回転角βは線分ＯＢ−の延長線に対する線分ＢＣの
回転角、そして上記回転角γは線分ＢＣの延長線に対す
る線分ＣＤの回転角を示す。そしてβ０は、線分ＯＢの
延長線に対して線分ＢＤがなす角度（以下、アーム刃先
角という）を示す． 上記Ｌ２、．Ｑ２、Ｊ）３およびγとの間には、第５図
から明らかなように、 Ｌ２−（．０２２−ＪＱ３２−２．０２刃３　ＣＯＳγ
〉込・・・・・・・・・　（１） という数学的関係が戊立する。

ここで、．０２、．Ｑ３は既知であることから回転角γ
が検出器９において検出されると、この検出値を第（１
）式に代入することによりアーム刃先全長Ｌ２を求める
ことが可能になる．また、上記β０、β、』３、γおよ
びＬ２との間には、第５図から明らかなように、β０−
β＋ｓ　ｉ　ｎ’　（．０３　ｓ　ｉ　ｎ７／Ｌ２　）
・・・・・・・・・　（２） という幾何学的関係が成立する． ここに、刃３は既知であり、し２は上記（１〉式で得ら
れることから、各回転角β、γが検出器８、９において
検出されると、これら検出値を第（２）式に代入するこ
とにより、アーム刃先角β０を求めることが可能になる
。

上記回転角検出器７、８および９において検゛出された
各回転角α、βおよびγを示す回転角信号は、第３図に
示すコントローラ２０の人力インターフェース２１を介
して同コントローラ２０のＣＰＵ２２に加えられる． 上記ブームｌ、アーム２およびバケット３は、ブームシ
リンダ４、アームシリンダ５およびバケットシリンダ６
によって各々回転作動される．油圧パワーショベルＰＳ
の運転席には、ブームｌ、アーム２およびバケット３を
回転作動させるためのブーム操作レバー（図示せず）、
アーム操作レバー１０およびバケット操作レバー１１が
それぞれ配設されている〈第１図参照）。

そしてアーム操作レバー１０には、該アーム操作レバー
１０の操作量、つまりアーム操作レバー１０の操作角Ｔ
を検出するアーム操作レバー角検出器１２が付設されて
いる．なお、この検出器１２としては、例えばボテンシ
ョメー夕が使用される。上記検出器ｌ２で検出された操
作角ψも、上記各回転角α、βおよびγと同様、コント
ローラ２０の入力インタフェース２１を介して同コント
ローラ２０のＣＰＵ２２に加えられる． 操作レバー１０．１１が操作されると、各操作燵にＬ６
じで、アーム操作弁１３、バケット操作弁１４の各スプ
ールが移動されて、該操作弁１３、ｌ４によって上記各
操作量に応じた速度でアームシリンダ５およびバケット
シリンダ６がそれぞれ伸長または縮退される．つまり、
この伸縮作動の結果、アーム２、バケット３の回転角β
、γがそれぞれ変化し、この変化に応じてバケット３の
先端位置Ｄの水平方向成分Ｘと垂直戒分ｙが変化するこ
ととなる． 一方、油圧パワーショベルＰＳの運転席には、操作パネ
ル４０が配設されている．操作パネル４０は、後述する
基準位置設定器スイッチ４１と、法面傾斜角設定器４２
、および自動モードスイッチ４３を備えている． 上記自動モードスイッチ４３は、ブームシリンダ４の伸
縮作動を手動または自動のいずれで行うかを選択するス
イッチである。該スイッチ４３が押動されていない場合
．つまりブームｌをオペレータの手動操作によって回動
作動させる場合には、自動モードスイッチ４３の“手動
”信号が入力インタフェース２１を介してＣＰＵ２２に
入力される．この結果ＣＰＵ２２は、“手動”の判定を
下し、ドライバ２３を介してブームシリンダ４の油圧系
統の手動自動切換弁１５を手動側に切り換える． この場合、図示していない上記ブーム操作レバーを手動
操作すると、その操作量に応じてアーム操作弁１３、バ
ケット操作弁１４と同様のブーム操作弁（図示せず）の
スブールが移動されて、該ブーム操作弁によって上記操
作量に応じ、圧抽の流量で決まる速度でブームシリンダ
４が伸長または縮退される．つまり、この縮退作動の結
果、ブームｌの回転角αが変化し、この変化に応じてバ
ケット３の先端位置Ｄの水平方向成分Ｘと鉛直戒分ｙが
変化することとなる。

したがってオペレータとしては、操作パネル４０の自動
モードスイッチ４３を“手動′゛側に操作した場合には
、ブーム操作レバー（図示せず），アーム操作レバー１
０および、バケット操作レバー１１を複合的に操作して
、バケット３の先端位置Ｄの水平方向戒分Ｘと垂直成分
ｙ、つまりバケット刃先位置ｘ，ｙを所望の位置に移動
しつつ所望の掘削を行うことが可能である．一方自動モ
ードスイッチ４３を押動した場合、つまり自動モードス
イッチ４３が“自動゜゜側に操作された場合には、自動
モードスイッチ４３の“自動”信号が入力インターフェ
ース２１を介゜してＣＰＵ２２に入力される．この結果
、ＣＰＵ２２は゜′自動“゜の判定を下し、ドライバ２
３を介してブームシリンダ４の油圧系統の手動自動切換
弁１５を自動側に切り換える．この場合、ブームシリン
ダ４は、上記ブーム操作レバーの操作とは無関係に、ブ
ーム制御弁（電磁比例制御弁）１６によって伸縮作動さ
れる。

作業開始時に前記手動操作によってバケット刃先を所定
仕上げ面の基準位置、例えば法面の最−Ｅ部に位置させ
、基準位置設定スイッチ４２を押動することによってス
イッチ閉路信号が入力インタフェース回路２１を介して
ＣＰＵ２２に入力される．また、法面傾斜角設定器４３
では目標法面傾斜角度θＯを設定する．この目標法面傾
斜角度θＯは、入力インタフェース回路２１を介しＣＰ
Ｕ２２に人力される。

上記説明における基準位置設定時には下記演算処理が行
われる． ？業開始前に該パワーショベル作業機の刃先を所定の位
置にもってゆき基準位置設定スイ・ノチ４２を押動する
ことによって下記演算を行う、刃先位置演算回路２９に
よって演算算出されたその時の刃先位置すなわち法面仕
上げのための基準位置ｘｏ　、聾０が設定されて記憶回
路４５に記録される． 上述した刃先位置演算回路２９においては下記の演算が
なされる． その時に於ける刃先位置を、ブーム角度検出器７、アー
ム角度検出器８、およびバケツｌ・角度検出器９からの
各計測値α、βおよびγと、予め記録されているブーム
の長さエ１、アームの長さＪＪ２、バケットの長さＩ３
からブーム取り付け位置Ｏ点を交点とする座標値ＸＯ．
ＹＯとして下式により演算算出することができる．Ｘ■
　＝ｊＪ１　−　ｃｏｓａ ＋１２　・ｃｏｓ　（α＋β） ＋｛３　・ｃｏｓ（α＋β＋γ） ・・・・・・・・・　〈６ｘ〉 ＹＯ＝Ｊ）１　　−ｓｉｎ　α −ｌｃｌ２　　・　ｓｉｎ（　α→−β〉＋エ３　　　
Ｓｉｎ（α＋βトγ） ・・・・・・・・・　　〈６ｙ） ？第５図参照〉 法面傾斜角設定器４３で設定した目標法面傾斜角度θ０
は傾斜角度変化率演算回路４６に入力して水平距離対垂
直距離の変化率ｅ■を演算算出し記憶回路４７に記録す
る． 自動モードスイッチ４３が“自動″側に操作されている
場合には、上記レバー角検出器ｌ２の出力ψ、上記各回
転角度検出器７、８および９の各出力α、βおよびγ並
びに前述した各設定処理の結果得られる値ｘｏ　．ｈａ
　．ｅＱに基づいてコントローラ２０で後述する演算処
理が行われ、この演算処理に基づき上記バケット３の刃
先位置の軌跡が上記設定値χ０．ＭＯ．ｅＯを通過する
ための操作指令信号ｉが作成されＬ記ブーム制御弁１６
のソレノイドに加えられることになる． この場合、オペレータとしては、アーム操作レバー１０
のみを操作するだけで、バケット３の刃先軌跡を一定に
維持する所望の掘削作業を行うことができる． つぎに，主として第１図および第２図を併せ参照しつつ
、自動モードスイッチ４３が″゛自動゜゛側に操作され
ている場合にコントローラ２０で行われる処理について
説明する。

なお、実施例ではバケット操作レバーｌ１は中立状！瓜
であるものとする． 第１図に示すアーム刃先全長演算回路２４では、バケッ
ト角度検出器９から出力されるバケット３の現在の回転
角γに基づき、前記第（１）式から現在のアーム刃先全
長Ｌ２を演算する処理が行われる．ここにバクット操作
レバー■１は中立状態であり、γは一定値であるので全
長Ｌ２は一定値となる． 一方、アーム刃先角演算回路２５では、アーム角度検出
器８及びバケット角度検出器９からそれぞれ出力される
アーム２およびバケット３の現在の角回転角βおよびγ
に基づき、前記第〈２〉式から現在のアーム刃先角β０
を演算する処理が行われる．ここに、全長Ｌ２、角度γ
は一定値であることから第（２〉式の右辺第２項は一定
値となる．したがって、アーム刃先角β０は、現在２の
アームの回転角βに一定値を加えた値となる． したがって、アーム刃先全長演算回路２４およびアーム
刃先角演算同路２５の各出力Ｌ　２β０はアーム操作レ
バー１０の操作のみ（アーム回転角βのみ）によって一
義的に定まることになる。

一方、アーム操作レバー■０の操作にともないレバー角
検出器１２では現在のレバー操作角Ｔが検出され、アー
ムシリンダ推定速度演算回路２６では検出値ψに対応す
るアームシリンダ推定速．度ＶＡを下記（３）式によっ
て演算する処理が実行され、該推定速度■八がアームリ
ンク補正回路２７に出力される． ここにアームシリンダ推定速度■八とは、アーム操作レ
バー１０が現在、レバー角ψに操作されているならば、
いずれ達するであろうアームシリンダ５の速度である．
さらにいえば、アーム操作レバー１０を素早く所定レバ
ー角ψまで操作した場合には、即座にアームシリンダ５
の速度は■八には至らない．少々の時間遅れがあってや
がて速度ｖＡに達するのである．なお、この遅れは泊圧
系の特性に起因する。この演算回路２６七′は、こうし
た現在のレバー角ψに応じたアームシリンダ推定速度■
八が次式（３）式に示す対応関係で出力されることにな
る．ＶＡ＝ｆｌ　　（’／｝　　　・・・・・・・・・
　（３）（第２図（ａ）参照） ここに、関数ｆ１は、アームシリンダ５の抽圧系統によ
って一義的に定まる関数であり、第２図（ａ）に示す特
性を有している． 次に、アームリンク補正回２８２７では、上記アームシ
リンダ推定速度演算回路２６から出力されるアームシリ
ンダ推定速度ＶＡおよびアーム角度検出器８の現在の検
出値βに基づいて、上記回転角βおよび上記推定速度Ｖ
八に対応するアーム２の回転角速度ｌを演算式 ｔ＝ｖＡ・ｆ２　（β〉　・・・・・・　（４）（第４
図（ｂ）参！ＦＡ） によって求め、求められた上記回転角速度ｌをブーム速
度演算回路２８に加える． 上記（４）式において関数ｆ２はアーム２のリンク構造
によって一義的に定まる関数であり、第２図（ｂ）に示
すような特性を有している．そして上記回転角速度倉と
は、推定速度■八にてアームシリンダ５が作動していて
、アーム回転角度がβである場合におけるアーム２の回
転角速度である。

つぎにに、ブーム速度演算回路２８では、上記アームリ
ンク補正回路２７から出力されるアーム回転角速度ｌお
よびアーム刃先全長演算回路２４から出力されるアーム
刃先全長Ｌ２およびアーム刃先角演算回路２５から出力
されるアーム刃先角β０およびブーム角度検出器７から
出力されるブーム１の現在の回転角αに基づいて、アー
ム回転角速度ｌに対応するブーム１の四転角迎度δを次
式 ａ−−ｉ　（Ｌ２　ｓ　ｉ　ｎ　（ａ＋β０）〕／（．
０１　　ｓｉｎα＋Ｌ２　ｓｉｎ（α＋βｏ））・・・
・・・・・・　（５） によって演算する処理が実行され、演算した上記回転角
速度δを後述する加算回路３３に出力する， ここに上記回転角速度δとは、アーム２が凹転角速度ｋ
をもって回動することによって変化するバケット３の指
令刃先位置ｘ．　ｙ　（ｘｏ　．．ｙｏ．ｅｏを満足す
る位置、以下同じ）を通過するに必要なブーム１の回転
角速度である．さらにいえば、アーム２が回転角速度ｌ
で回動し、ブーム■が回転角速度δで回動しているなら
ば、バケット３の刃先位置はｘ，ｙを通過する．結局、
ブーム速度演算回路２８からは、アーム用操作レバー１
０が定常的にレバー角Ｔをもって操作されている場合に
おいてバケット３の刃先指令位置ｘ，ｙを通過するため
に必要なブ？ムｌの回転角速度δが出力されることにな
る．一方、刃先位置演算回路２９では、ブーム角度検出
器７によって検出されるブーム１の現在の回転角αとア
ーム刃先全長演算回路２４の出力Ｌ２およびアーム刃先
角演算回路２５の出力β０に基づいてバケット３の刃先
位置の現在値ｘ＋　．ｙｔが、前述した上うに，次式Ｘ
１二Ｊ）＋　ｓ　ｉ　ｎα＋Ｌ２　ｓ　ｉ　ｎ　（α＋
βＯ）・・・・・・・・・　（６ｘ） ｙ１　二刃Ｉ　　ＣＯＳα一Ｌ２ｃｏｓ（α十β０〉・
・・・・・・・・　（６ｙ） によって演算され、演算結果のｘ１とｙ１は刃先軌跡演
算回路４８に入力される． 一方ＪＪｉ　ｉｆｆ設位置設定スイッチ４ｌの押動によ
って記憶回路４５に記録された基準位置ＸＱ　，ｙｏと
法面傾斜角設定器４２で設定され変化率演算回路４６で
演算算出されて記憶回路４７に記録されたｅ■が刃先軌
跡演算回路４８に入力される． 刃先軌跡演算回路４８においては上記の各人力値に基づ
き下記演算を行って刃先Ｄの掘削目標敢直深さ（現在水
平成分の位置ｘＯに所定の距離を加えた水平目標位置Ｘ
に於ける）Ｙを算出する。

Ｙ−ｅＯ　　−　　（ｘｔ−Ｘ）＋ｙｏ・・・・・・・
・・　（６） 上述の説明における所定の距離とは、該パワーショベル
の機能・性能から決まる制御性と応答速度及び必要とす
る法面の仕七げ清度から決められる値であって、通常は
Ｘの代わりにＸＱをそのまま用いても良い． 比較減算回路３０には刃先位置演算回路２９で演算され
た上記バケット３の刃先の現在位置の垂直戊分ｙｌと上
記演算結果の掘削目標垂直深さｈが人力されて偏差△ｙ
が演算式 Δｙ：＝Ｙ−ｙｔ　　　　・・・−・・・・・　〈７）
によって求められ、求められた前差Δｙを座標変換回路
３１に出力する。

次に座標変換回路３ｌでは、比較減算回路３０から入力
される上記偏差Δｙとアーム刃先全長演算回路２４の出
力Ｉ−２とアーム刃先角演算回路２５の出力β０とブー
ム角度角度検出器７で検出されたブーム１の現７Ｅの回
転角αとに基づいて、｛扁差Δｙに対応するブーム１の
角度偏差Δαを演算式 Δα＝Δｙ／（Ｊ）１ｓｉｎα ＋Ｌ２ｓｉｎ（α十βｏ　）　）　　−−−−−−　　
（８）によって求め、求められた角度偏差Δαを比例ゲ
イン乗算回路３２に加える。

ここに上記角度偏差八αとは偏差Δｙを零、つまりバケ
ット３の刃先位置の現在位置Ｘ１　，ｙ１を目標値Ｘ，
Ｙに持っていくために必要なブーム１の現在の回転角α
からの角度変化量である．さらにいえば、ブーム１の回
転角αを角度偏差量Δαだけ変化させることによってバ
ケット３の刃先位置は現在値ｘ＋　　ｙｔから目標ｆ直
ｘ，ｙに達することとなる． 次に比例ゲイン乗算回路３２では、座標変換回路３ｌか
ら出力される上記角度偏差Δαに対応するブーム１の回
転角速度々０を演算式々０　＝Ｋ△α　　　　　　　・
・・・・・・・・　　（　９　）によって求め、求めら
れた回転角速度々０を加算回路３３に加える処理を行う
．なお、上記（９）式においてＫは比例ゲインである．
加算凹路３３では、前記ブーム速度演算回路２８から出
力される回転角速度δと、上記比例ゲイン乗算回路３２
から出力される回転角速度々０とに基づいてブーム１に
対する回転角速度指令値々を加算演算式 々＝δ＋ａＯ　　　　　・・・・・・・・・　（１０〉
によって求め、求められた角速度指令値ｈをブームリン
ク補正回路３４に加える． 次にブームリンク補正回Ｂ３４では、上記加算回１？ｒ
　３　３から出力される上記回転角速度指令値々と、ブ
ーム角速度検出器７によって検出されるブーム１の現在
の回転角αとに基づいて、上記回転角αおよび上記回転
角速度指令値々に対応するブームシリンダ４に対する流
量指令位ＶＢ、つまりブームシリンダ４の速度指令値を
演算式 ＶＢ−々／ｆ３　（α）　　・・・・・・・・・　　（
　ｌ　１　）〈第２図（Ｃ）参照） によって求め、求められた上記流量指令値ｖＢを制御ア
ンプ３５に加える． ここに上記（１１）式において関数ｆ３は、前記関数ｆ
２と同様にブーム１のリンク構造によって一義的に定ま
る関数であり、第２図（Ｃ）に示すような特性をイ『し
ている。そして，上記流量指令値ＶＢとは、回転角速度
々にてブーム】が作動していて、ブーム回転角がαであ
る場合におけるブームシリンダ４の作動速度である．逆
にいえば，ブームシリンダ４が速度ｖＢにて作動してい
てブーｌ１１の回転角がαである場合には，ブーム１は
回転角速度々をもって回動することになる． 次に制御アンプ３５は、ブームリンク補正回路３４から
出力される上記流量指令値ＶＢをブーム制御弁ｌ６のソ
レノイドに加えるための所定の駆動電流ｉに変換し，該
駆動変換電流ｉを］二記ンレノイドに加える。

この結果、ブーム制御弁１６は上記駆動電流ｉ、つまり
上記流量指令値ＶＢに応じた速度でブームシリンダ４を
伸縮作動させる。すると、バケット３の刃先の水平位置
Ｘにおける深さ｛よ刃先軌跡演算回路４８の出力値Ｙに
一致することになる． 以上説明したように実施例によればアーム操作レバーＩ
Ｏが所定の操作角ψに操作された陛、アーム操作弁１３
を介してアームシリンダ５が伸縮作動し、アーム２が回
動される。これと同時にアーム操作レバー１０の操作角
ψに応じて、バケット３の刃先位置を確保する．つまり
刃先位置の偏差を零にする為のブーム１の回転角速度ａ
を予測する．そして一方において、バケット３の刃先位
置の現在値ｘｔ　．ｙｔ　と目標値Ｘに対するＹとの偏
差△ｙを零にするに必要なブーム１の回転角速度々０を
演算する．そしてアーム操作レバー１０の操作量に基づ
き予測した上記回転角速度δとバケット３の刃先位置の
偏差△ｙに応じた回転角速度々０とを加算した回転角速
度々に応じた該流量指令値をブームシリンダ４に対して
与える上うにしている。

ここに、従来においては、単に、バケット３の刃先位置
の現在値と目標値との｛扁差に応した流量指令値をブー
ムシリンダ４に対して与えるようにしている。−この場
合、アーム操作レバー１０を操作した場合には応答遅れ
をもってアーム２が回動する．そして、アーム２が回動
している間、一方において上記１扁差に応じた流陵指令
値がブームシリンダ４に対して与えられブーム１が回動
するが、ブームの流量指令に対してブームが回動するま
でに応答遅れがあるため、ブームｌが上記流量指令値に
応じて回動した時には、すでにアーム２の回転角はさら
に異なる回転角に達しているため、上記偏差を零にする
のは極めて困難であった．特に、アーム操作レバー１０
を急激に操作した場合には、刃先軌跡の制御の精度はさ
らに悪化する．しかし、実施例によれば、アーム操作レ
バー１０が操作された場合、その操作量に応じてバケッ
ト３の刃先位置を確保するためのブーム１の回転角速度
を推定し、これに応じた流量指令値を上記刃先位置の偏
差に応じた流量指令値に加味するようにしている。した
がって上記応答遅れに起因する刃先位置の，＄ＩＩ御の
精度の悪化を改善することができる． また，実施例においては、アームリンク補正回路２７に
おいてアームシリンダ４の推定速度Ｗ八およびアーム２
の回転角βに応じた正確なアーム２の回転角速度含が演
算される．そしてブーム速度演算回路２８では、上記正
確なアーム２の回転角速度倉に基づいてバケット３の刃
先位置を目標通りに確保するに必要なブームｌの回転角
速度δが正確に得られることになる。

そして、ブームリンク補正回路３４では、バケット３の
目標刃先位置との偏差を零にするに必要なブーム■の回
転角速度δと、現在値と目標位置との偏差を零にするに
必要なブーム１の回転角速度々０とを加算したブーム１
の回転角速度指令値ａおよびブーム１の回転角αに応じ
たブームの正確な流量指令値ｖＢが演算されることにな
る． したがって、従来にあっては、バケット刃先位置の偏差
△ｙをそのままブームシリンダに与える流量指令値とし
ていたため、ブーム１、アーム２の回転角α、βの値に
よっては、バケット刃先位置Ｘ，Ｙに正確に一致させる
ことができなかったが、実施例によればこれら回転角α
、βに応じた正確な流量指令値ＶＢが演算され、この正
確な流量指令値Ｖロに応じてブームシリンダ４が作動さ
ることになる。このため、バケット刃先位置ｘ，ｙは正
確にＸ，Ｙに一致する．なお、実施例では、本発明がブ
ーム、アームお上びバケットの３つの要素で構成される
作業機に対して適用される例について説明したが、これ
に限定されることなく、例えば２段のブームを有する作
業機に対しても適用可能であることはいうまでもない。

また、実施例では、本発明が抽圧パワーショベルに適用
される例について説明したが、これに限定されることな
く、例えばバックホー専バケットの刃先位置を一定の経
路に保持して作業を行う娃設機械であれば、その適用、
実施は当然可能である。

基準位置設定時には該パワーショベルの刃先位置を所定
の位置に操作設定させて基準位置説定スイッチを押すよ
うに説明したが，基準位置設定スイッチをディジタル数
値を入力できるディジタルスイッチとして法面が通過す
る位置の該パワーショベルのブーム取り付け位置Ｏ点を
基７％とした水平、垂直座標値を直接入力出来るように
しても良い、その場合は基準位置設定スイッチの内部回
路に設定基準位置を該パワーショベルのブーム取り付け
位置０点に座標シフトする演算機能を追加することが必
要である．規や法面傾斜角設定器では角度ではなく水平
距離対垂直距離の変化率すなわち法面傾斜角度のタンジ
ェント値をパーセント表示で記録するようにすることも
可能である。その場合は上述した傾斜角度変化率演算回
路４６が不要になる．また、基準位置設定スイッチと法
而傾斜角設定器とから幾何学的演算回路によって目標傾
斜角を指定するテーブルを作成して、刃先位置演算回路
２つの出力すなわち該バケット刃先の現在値と比較して
も、適切な作業軌跡を指定するテーブルを図上で予め作
成して法面傾斜角設定器に記録することによっても任意
の作業仕上げ面を自動で精度良く完成させることができ
る．作業軌跡をテーブル上で作成すれば、該軌跡は必ず
しも直線である必要はなく任意の曲線に仕上げることも
可能になる． ［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば，バケット刃先位置
の現在値および目標値のみならず、アームの予測変化量
をも加味した偏差に基づき、バケットの刃先位置を制御
しているので、制御の応答性が向上する。また、ブーム
、アームの回転角に対応した最適な指令によってブーム
が回動する．この結果、バケットの刃先位置を所望の目
標値に正確かつ安定して一致させることが可能になるの
で、作業スピードが向上するとともに作業を正確かつ安
定して行うことが出来るという効果かえられる．

【図面の簡単な説明】

第ｌｌＩ２ｌは、本発明に係る建設機械の法面作業制御
装置の一実施例を示す制御ブロック図．第２図（ａ＞、
（ｂ）および（Ｃ）は、第１１Ａに示すブームシリンダ
推定速度演算回路、アームリンク補正回路、およびブー
ムリンク補正回路でそれそれ行われる演算処理を説明す
るために用いたグラフ図． 第３図は，実施例の全体構成を概念的に示すブロックＵ
５！Ｉ． 第４図は、実施例における油圧パワーショベルの作業機
の楕戒を示す側面図． 第５図は、第４図に示す作業機の幾何字的関係を示すグ
ラフ図である． ＰＳ・・・・・・・・・油圧パワーショベル、１　・・
・・・・・・・ブーム ２　・・・・・・・・・アーム、 ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １　０ １１ １　２ ｌ３ １　４ ｌ　５ ｌ　６ ２　０ ２１ ２　２ ２３ ２　４ ２　５ ・・・・・・・・・バケット、 ・・・・・・・・・ブームシリンダ， ・・・・・・・・・アームシリンダ、 ・・・・・・・・・バケットシリンダ、・・・・・・−
・・ブーム角度検出器、・・・・・・・・・アーム角度
検出器、・・・・・・・・・バケット角度検出器、・・
・・・・・・アーム様作レバー ・・・・・・・・・バケット操作レバー、・・・・・・
・・・アーム操作レバー角検出器、・・・・・・・・ア
ーム操作弁、 ・・・・・・・・・バケット操作弁、 ・・・・・・・・・手動自動切替弁 ・・・・・・・・・ブーム制御弁（電磁比ｆＩＡ制御弁
〉、・・・−・・・・・コントローラ、 ・・・・・・・・人力インタフェース ・・・・・・−・・Ｃ　Ｐ　Ｕ ・・・・・・・・・ドライバ ・・・・・・・・・アーム刃先全長演算回路、・・・−
・・・・・アーム刃先角演算回路、２　６ ２　７ ２　８ ２　９ ３　０ ３１ ３　２ ３３ ３　４ ４　０ ４１ ４　２ ４３ ４　５　、 ４　６ ４　８ ・・・・・・・・・アームシリンダ推定速度演算回路、
・・・・・・・・アームリンク補正回路、・・・・・・
・・・ブーム速度演算回路、・・・・・〜・・刃先位置
演算回路、 ・・・・・・・・・比較減算回路、 ・・・・・・・・・座標変換回路、 ・・・・・・・・・比例ゲイン乗算回路、・・・・・・
・・・加算回路、 ・・・・・・・・・ブームリンク補正回路、・・・・・
・・・・操作パネル ・・・・・・・・・基準位置設定スイ・ソチ、・・・・
・・・・法面傾斜角設定器、 ・・・・・・・・・自動モードスイッチ、４７・・・記
憶回路、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）車体の一点に回動可変に取り付けられる第１のア
   クチュエータにより回動制御されるブームと、このブー
   ムの先端に回動可能に取り付けられ第２のアクチュエー
   タにより回動制御されるアームと、このアームの先端に
   取り付けられ第３のアクチュエータにより回動制御され
   るバケットとを有する建設機械において、前記ブーム、
   アームおよびバケットの各回転角をそれぞれ検出する回
   転角検出手段と、前記アームを操作するアーム操作レバ
   ーの操作量を検出する操作量検出手段と、前記アーム操
   作レバーの操作量に応じて前記第２のアクチュエータを
   制御するアーム制御手段と、前記回転角検出手段の出力
   と前記操作量検出手段によって検出した前記アーム操作
   レバーの操作量とに基づいて前記バケット刃先位置移動
   方向の水平方向対垂直方向の変化率を一定値にする前記
   第１のアクチュエータの駆動指令値を作成する第１の駆
   動指令値作成手段と、前記バケット刃先駆動方向を示す
   作業基点を設定する第１の設定手段と、前記バケット刃
   先位置移動方向の水平方向対垂直方向の変化率を設定す
   る第２の設定手段と、前記第１の設定手段と前記第２の
   設定手段から前記バケット刃先が通過すべき経路を演算
   し出力する作業法面設定値作成手段と、前記回転角検出
   手段の出力に基づいて前記バケットの刃先位置の現在値
   を演算する現在値演算手段と、前記回転角検出手段の出
   力に基づいて前記バケット刃先位置の現在値を演算する
   現在値演算手段の出力値を記憶する記憶手段と、前記バ
   ケットの刃先位置の現在値を演算する現在値演算手段の
   出力値と前記記憶手段によつて記憶された前記バケット
   の刃先位置との差、即ち該バケット刃先の水平移動距離
   および垂直移動距離を演算する作業法面演算手段と、前
   記作業法面指令値作成手段の設定目標値と前記バケット
   刃先の作業法面演算手段の出力値とに基づいて、前記設
   定目標値と前記演算出力値との偏差を零にする前記第１
   のアクチュエータの駆動指令値を作成する第２の駆動指
   令値作成手段と、前記第１、第２の駆動指令値作成手段
   でそれぞれ作成された駆動指令値の和に応じて第１のア
   クチュエータを駆動制御する手段と、を備えたことを特
   徴とする建設機械の法面作業制御装置。
2. （２）車体の一点に回動可能に取り付けられブームシリ
   ンダにより回動されるブームと、このブームの先端に回
   動可能に取り付けられアームシリンダにより回動される
   アームと、このアームの先端に取り付けられバケットシ
   リンダにより回動されるバケットとを有する建設機械に
   おいて、前記ブーム、アームおよびバケットの各回転角
   をそれぞれ検出する回転角検出手段と、前記アームを操
   作するアーム操作レバーの操作量を検出する操作量検出
   手段と、前記アーム操作レバーの操作量に応じた速度で
   前記アームシリンダを作動して前記アームを回動するア
   ーム制御手段と、前記アーム操作レバーの操作量に応じ
   た速度で前記アームシリンダを作動して前記アームを回
   動するアーム制御手段と、前記操作量検出手段で検出し
   た前記アーム操作レバーの操作量に基づいて、該操作量
   に対応する前記アームシリンダの速度を演算するアーム
   シリンダ速度演算手段と、前記回転角検出手段で検出し
   た前記アームの回転角と前記アームシリンダ速度演算手
   段で演算したアームシリンダの速度とに基づいて、これ
   らアームの回転角及びアームシリンダの速度に対応する
   前記アームの回転角速度を演算するアーム回転角速度演
   算手段と、前記回転角検出手段の出力値と前記アームの
   回転角速度演算手段で演算した前記アームの回転角速度
   とに基づいて、該アームの回転角速度に対応する前記バ
   ケット刃先軌跡の水平方向対垂直方向の変化率を一定に
   するための前記ブームの回転角速度を演算する第１のブ
   ーム回転角速度演算手段と、前記バケット刃先駆動方向
   を示す作業基点を設定する第１の設定手段と、前記バケ
   ット刃先位置移動方向の水平方向対垂直方向の変化率を
   設定する第２の設定手段と、前記第１の設定手段と前記
   第２の設定手段とから前記バケット刃先が通過すべき経
   路を演算し出力する作業法面設定値作成手段と、前記回
   転角検出手段の出力値に基づいて前記バケット刃先位置
   の現在値を演算する現在値演算手段の出力値を記憶する
   記憶手段と、前記バケットの刃先位置の現在値を演算す
   る現在値演算手段の出力値と前記記憶手段によって記憶
   された前記バケットの刃先位置との差、即ち該バケット
   刃先の水平移動距離および垂直移動距離を演算する作業
   法面演算手段と、前記作業法面指令値作成手段の設定目
   標値と前記作業法面演算手段の出力値とに基づいて、前
   記設定目標値と前記演算出力値との偏差を零にするため
   の前記ブームの回転角速度を演算する第２のブーム回転
   角速度演算手段と、前記回転角検出手段で検出した前記
   ブームの回転角と前記第１、第２のブーム回転角速度演
   算手段でそれぞれ演算した前記ブームの回転角速度に基
   づいて、これらブームの回転角速度の和および前記ブー
   ムの回転角に対応する　前記ブームシリンダの速度を演
   算するブームシリンダ速度演算手段と、前記ブームシリ
   ンダ速度演算手段で演算したブームシリンダの速度に応
   じて前記ブームシリンダを作動して前記ブームを回動す
   る手段と、を備えたことを特徴とする建設機械の法面作
   業制御装置。